131820454 simulation ofdm sous simulink et etude de la norme lte
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ENSA Marrakech Université Cady Ayyad
Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP
Projet de semestre
19/06/2012
Année universitaire 2011/2012
Réalisé par :
Hiba MOUACHI
Idriss KNADEL
Kawtar ZERHOUNI
Encadré par :
Mme R. EL ASSALI
Département Réseaux et Télécoms
Membres du jury :
Mme R. EL ASSALI
Mr Y.Jabrane
Mr A.Latif
ENSA-Marrakech
Année universitaire : 2011/2012
2 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Remerciements
Ce mémoire de projet de semestre est le résultat d’un travail effectué pendant 3mois au sein
du département Réseaux et Télécommunications de l’ENSA Marrakech, nous tenons donc à
remercier tout le cadre professoral du département et plus précisément Mme ELASSALI
RAJA, professeur à l’ENSA Marrakech, qui a accepté d’encadrer nos travaux durant cette
période.
Nos vifs remerciements aux membres du jury notamment Mr Y.JABRANE et Mr A.LATIF,
pour l’honneur qu’ils nous font en acceptant de juger ce travail.
Pour finir, nous tenons à remercier toute personne ayant contribué de près ou de loin à
l’élaboration du présent travail.
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3 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Sommaire
Liste des Figures ...................................................................................................................................... 5
Liste des Tableaux ................................................................................................................................... 6
Glossaire des Abréviations ...................................................................................................................... 7
Planning du projet ................................................................................................................................... 8
Cahier de charges ................................................................................................................................ 8
Diagramme de Gantt ........................................................................................................................... 8
Introduction générale ............................................................................................................................... 9
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE
1-Introduction ........................................................................................................................................ 10
2-Généralités de la norme LTE par 3GPP ............................................................................................. 11
2-1Terminaux .................................................................................................................................... 11
2-2 LTE et ses prédécesseurs ............................................................................................................ 12
3- Architecture générale ........................................................................................................................ 12
3-1Réseau d’accès (Access Network/ LTE) ...................................................................................... 13
3-1-1 Caractéristiques .................................................................................................................... 13
3-1-2 Les entités du réseau d’accès (E-UTRAN) .......................................................................... 14
3-2 Réseau cœur (Core Network) ...................................................................................................... 15
3-2-1 Caractéristiques .................................................................................................................... 15
3-2-2Les entités du réseau cœur .................................................................................................... 15
4-Architecture en couches ..................................................................................................................... 17
5- Conclusion ........................................................................................................................................ 18
Chapitre 2 : les techniques d'accés
1-Introduction ........................................................................................................................................ 19
2-Les techniques d’accès ....................................................................................................................... 20
2-1 L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) .......................................................... 20
2-1-1 Principe ................................................................................................................................ 20
2-1-2 Modulation ........................................................................................................................... 21
2-1-3 La condition d’orthogonalité ............................................................................................... 23
2-1-4 Démodulation ...................................................................................................................... 24
2-1-5 Avantages et inconvénients de l’OFDM ............................................................................. 25
3- OFDMA ........................................................................................................................................ 26
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4 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
3-1 Débit théorique maximal ......................................................................................................... 27
3-2 Les PRB : ................................................................................................................................ 27
3-3 Structure de la Trame LTE : .................................................................................................... 28
4- SC-FDMA ..................................................................................................................................... 31
5- Conclusion ........................................................................................................................................ 32
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab
1-Introduction ........................................................................................................................................ 35
2- Modulation ........................................................................................................................................ 35
3-Canal Gaussien ................................................................................................................................... 39
4-Demodulation ..................................................................................................................................... 40
5-Résultat de la simulation .................................................................................................................... 43
6-Conclusion ......................................................................................................................................... 45
Conclusion générale .............................................................................................................................. 47
Perspectives ........................................................................................................................................... 49
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5 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Liste des Figures
Figure 1 : Architecture générale du réseau LTE……………………………………………12
Figure 2 : Réseau d’accès E-UTRAN………………………………………………………14
Figure 3 : Réseau Cœur EPC……………………………………………………………….17
Figure 4 : Pile protocolaire………………………………………………………………….18
Figure 5 : Technique OFDM………………………………………………………………..20
Figure 6 : schéma de principe d’un modulateur…………………………………………….21
Figure 7 : Constellations des modulations utilisées par la LTE…………………………….22
Figure 8 : Schéma de modulation OFDM…………………………………………………22
Figure 9 : Spectres des différentes porteuses……………………………………………….23
Figure 10 : Spectre du signal OFDM pour 8 porteuses……………………………………..23
Figure 11 : Modulation et démodulation OFDM…………………………………………...25
Figure 12 : différence entre OFDM et OFDMA……………..……………………………..26
Figure 13 : PRB……………………………………………………………………………..28
Figure 14 : Ajout du préfix cyclique…...……………………………………………………28
Figure 15 : les types du préfixe cyclique……………………………………………………29
Figure 16: Format de la trame FDD pour la LTE…………………………………………...30
Figure 17 : Format de la trame TDD………………………………………………………..30
Figure 18 : Modulation SC-FDMA…………………………………………………………31
Figure 19 : mode localisé et mode distribué………………………………………………...32
Figure 20: Spectre du mode localisé (choix retenu par le LTE)…………………………….32
Figure 21 : Spectre du mode distribué………………………………………………………32
Figure 22 : Paramètres du bloc Random Integer Generator………………………………...35
Figure 23 : Paramètres du bloc QPSK Modulator………….……………………………….37
Figure 24 : Paramètres du bloc Multiport Selector……….…………………………………38
Figure 25 : Paramètres du bloc IFFT…………………….………………………………….38
Figure 26 : Paramètres du bloc Add Cyclic Prefix……….…………………………………39
Figure 27 : Paramètres du bloc AWGN………………….………………………………….40
Figure 28 : Paramètres du bloc Remove Cyclic Prefix…..………………………………….40
Figure 29 : Paramètres du bloc Frame conversion…………………………………………..41
Figure 30 : Paramètres du bloc zero-padding……………………………………………….41
Figure 31 : Paramètres du bloc Remove Pilots……………………………………………...42
Figure 32 : Constellation de l’entrée………………………………………………………...43
Figure 33 : Constellation de la sortie………………………………………………………...43
Figure 34 : Représentation spectrale du signal OFDM……………………………………...44
Figure 35 : Représentation spectrale du signal OFDM à la sortie du canal…………………45
Figure 36 : Le taux d’erreurs binaire……………………………………...…………………45
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6 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Liste des Tableaux
Tableau 1 : Classes des terminaux LTE…………………………………………………..11
Tableau 2 : LTE et ses prédécesseurs……………………………………………………..12
Tableau 3 : paramètres de l’OFDM pour chaque bande passante………………………...27
Tableau 4 : Nombre des PRBs pour chaque bande passante……………………………...28
Tableau 5 : les d’différentes configuration pour la trame TDD…………………………...31
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7 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Glossaire des Abréviations
3G: 3rd Generation Mobile Communication Systems.
3GPP: 3rd Generation Partnership Project.
4G: 4th generation mobile communication systems.
CDMA: Code Division Multiple Access.
CN: Core Network.
CP: Cyclic Prefix .
CPC: Continuous Packet Connectivity.
EPC: Evolved Packet Core.
EPS: Evolved Packet System.
E-UTRA: Evolved UMTS terrestrial Radio Access.
FDD: Frequency Division Duplex.
FFT : Fast Fourier transform.
FDMA: Frequency division multiple Access.
HSPA +: High Speed Packet Access Plus.
IFFT : Inverse fast Fourier transform.
LTE: Long Term Evolution.
MIMO: Multiple Input Multiple Output.
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing.
OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Acces.
PRB: Physical Resource Blocks.
QAM: Quadrature Amplitude Modulation.
SAE: System Architecture Evolution.
SC-FDMA: Single Carrier Frequency Division Multiple Access.
TDD: Time Division Duplex.
TDMA: Time division Multiple Acces .
UE: User Equipment.
UMTS: Universal Mobile Telecommunications System.
UTRAN: UMTS Terrestrial Radio access Network.
W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access.
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8 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Planning du projet
Cahier de charges
Etude bibliographique sur la norme LTE par 3GPP :
Généralités de la norme LTE par 3GPP
Architecture LTE
Caractéristiques de la norme LTE
Etude bibliographique sur la couche physique et plus particulièrement la technique
OFDM-MIMO
Modulation utilisée en LTE
Les techniques d’accès OFDM, OFDMA, SC-FDMA
Documentation sur la technique MIMO
Simulation d'une chaine simple de la couche physique sur Matlab :
Simulation d’une chaine de conception d’un signal OFDM
Diagramme de Gantt
Vue l’importance de notre projet de semestre et dans le but de planifier et organiser notre
travail, il était nécessaire de préciser les délais de chaque étape.
L’ordonnancement de notre projet est le suivant :
Introduction générale ENSA-Marrakech
9 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Introduction générale
Les réseaux de communication sans fil, est un domaine émergent qui fait objet d'une course
contre la montre, suite à la concurrence solide des entreprises et aux exigences des clients qui
ne cessent d’accroître. Au cours de cette dernière décennie, ces technologies ont donc connues
un développement remarquable touchant la qualité de service offert ainsi que sa diversité.
Cependant, les ressources de la bande passante restent limitées devant le nombre d’utilisateurs
en croissance exponentielle. En sus, ces consommateurs se sont habitués à une réduction des
frais de communications, et prévoient recevoir plus de services à prix bas. Par conséquent, il
doit y avoir une double approche pour les réseaux de l’avenir : offrir des services de qualité
supérieure tout en réduisant le coût.
L’avenir de la téléphonie mobile répondant à ce compromis, tout le monde le murmure déjà :
c’est la nouvelle norme, portant le nom de LTE (pour Long Term Evolution) mise au point par
la 3GPP. Déjà en service dans les pays nordiques et au Japon, tous ceux qui l’ont essayé
parlent de débits phénoménaux : 100Mbit/s théoriques. Là où elle est déployée, la LTE
rencontre un succès auprès du public.
Le but de ce projet est l’étude de cette norme, ainsi que la simulation d’une chaîne de
transmission.
Le premier chapitre, concerne l’étude bibliographique du standard LTE, dans lequel nous
allons aborder son architecture et ses caractéristiques techniques.
Dans le deuxième chapitre nous allons nous concentrer sur les techniques d’accès de la
couche physique de la norme, à savoir l’OFDM, l’OFDMA, ainsi que le SC-FDMA.
Quant au troisième chapitre, il détaillera la simulation faite sur Matlab, l’ensemble des blocs
utilisés ainsi que les paramètres choisis.
Finalement nous ferons le bilan des compétences acquises, les difficultés rencontrées durant la
réalisation de ce projet. Sans oublier de parler de nos perspectives pour ce travail.
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
10 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE
1-Introduction
Diverses études du marché prévoient une croissance exponentielle du trafic des données entre
2012 et 2020. Cette croissance est d’autant plus marquante dans quelques pays où le volume
des données échangées dans les réseaux mobiles double. Afin de répondre aux besoins de plus
en plus persistants, la simple mise à disposition de nouvelles fréquences ne suffit pas.
Développé par l’organisme 3GPP, la nouvelle norme de radiocommunication LTE (long
Term Evolution)- une évolution des technologies IMT (International Mobile
Télécommunications: UMTS, HSPA, HSPA+)- vient résoudre l’ensemble des problèmes
évoqués. Le LTE vise une efficacité en matière de spectre environ 3 à 4 fois supérieure à
l'UMTS HSPA (High Speed Packet Access), pour un coût de réseau relativement bas.
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
11 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
2-Généralités de la norme LTE par 3GPP
La 3GPP a commencé les travaux sur l’évolution de la technologie cellulaire 3G avec un
atelier qui a lieu à Toronto au Canada en Novembre 2004. Les spécifications de base de la
LTE ont été regroupées dans la Release 8.
L’atelier a ainsi fixé un ensemble d’exigences pour la 3G LTE :
Réduction des coûts par bit,
Plus de services à moindre coût avec une meilleure qualité,
Souplesse d’utilisation des bandes,
Architecture simplifiée,
Autoriser une consommation raisonnable de l’énergie du terminal.
2-1Terminaux
Les terminaux LTE peuvent être des téléphones (Smartphones), des tablettes, des clés-
modems USB ou tout autre type d’équipements fixes ou mobiles (GPS, ordinateur, écran
vidéo, ...).
Le 3GPPa défini 5 classes de terminaux LTE correspondant aux débits maximaux (montant et
descendant) que doit supporter l’équipement et au type d’antenne qu’il intègre. Le tableau ci-
dessous regroupe les caractéristiques de ses classes :
Catégorie 1 2 3 4 5
Débit (Mbps) DownLink 10 50 100 150 300
UpLink 5 25 50 50 75
Bande passante 1.4 à 20 MHz
Modulations Downlink QPSK, 16QAM, 64QAM
Uplink QPSK, 16QAM QPSK,
16QAM,
64QAM
Antennes MIMO 2*2 non oui
MIMI+O
4*4
Non oui
Tableau 1 : Classes des terminaux LTE -
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
12 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
2-2 LTE et ses prédécesseurs
Comme la LTE est considérée comme une évolution de ses prédécesseurs 3G à savoir le
WCDMA, l’HSPA, l’HSPA+, il est alors intéressant de faire une comparaison entre ces
technologies :
WCDMA HSPA HSPA+ LTE
Débit max
Dowlink
384 Kbps 14 Mbps 28 Mbps 100 Mbps
Débit max Uplink 128 Kbps 5.7 Mbps 11 Mbps 50 Mbps
Temps de latence 150 ms 100 ms 50 ms ~10 ms
3GPP Release Rel 99/4 Rel 5/6 Rel 7 Rel 8
Année 2003/2004 2005/2008 2008/2009 2009/2010
Méthodes d’accès CDMA CDMA CDMA OFDMA/SC-
FDMA
Tableau 2 : LTE et ses prédécesseurs -
Cette nouvelle technologie impose aux opérateurs un changement de l’architecture réseau
ainsi que les terminaux mobiles. Ce nouveau réseau est nommé EPS (Evolved Packet
System), constitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE (Long Term Evolution) et d’un
nouveau réseau cœur appelé SAE (System Architecture Evolution).
3- Architecture générale
Figure 1 : Architecture générale du réseau LTE
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
13 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
3-1Réseau d’accès (Access Network/ LTE)
3-1-1 Caractéristiques
Débit de l’interface radio
Les techniques d’accès utilisées dans la couche physique à savoir l’OFDMA (Orthogonal
Frequency Division Multiple Access) pour le sens descendant et SC-FDMA (Single Carrier -
Frequency Division Multiple Access) pour le sens montant, permettent à l’interface radio E-
UTRAN de supporter un débit théorique maximum instantané de 100 Mbit/s pour le sens
descendant et de 50 Mbit/s pour le sens montant.
Flexibilité dans l’usage de la bande
La LTE permet l’utilisation d’une bande variée, avec les possibilités suivantes : 1.25, 2.5, 5,
10, 15 et 20MHz, pour les sens descendant et montant. Ce choix permet à l’opérateur un
déploiement flexible selon les services proposés et besoins des clients.
Connexion permanente
Grâce à l’adressage IP, chaque terminal est relié au réseau de façon permanente, permettant
ainsi au réseau de recevoir son trafic à tout moment, le mettre en mémoire, le localiser en
effectuant un paging et lui demander de réserver des ressources. Cependant, il est nécessaire
pour le terminal de passer de l’état IDLE (oisif) à l’état ACTIF lorsqu’il s’agira d’envoyer ou
recevoir du trafic. Ce changement d’état s’opère en moins de 100 ms.
Délai pour la transmission de données
On estime une valeur moyenne du délai de 25 ms en situation de charge moyenne de
l’interface radio (permet de supporter les services temps réel IP : voix sur IP et streaming sur
IP). Or, quand un seul terminal est actif sur l’interface radio (situation de non-charge) moins
de 5 ms suffisent pour transmettre des données entre l’UE et l’Access Gateway.
Mobilité
Le handover peut s’effectuer dans des conditions où l’usager se déplace à grande vitesse. Les
performances maximales de la norme sont maintenues pour des vitesses entre 0-15 km/h. La
mobilité est assurée même à des vitesses comprises entre 120 et 350 km/h malgré une légère
distorsion du signal.
Coexistence et Interfonctionnement avec la 3G :
Au début peu de zone seront couvertes par la LTE, il s’avère donc nécessaire d’assurer
l’interopérabilité avec les générations existantes. Cette configuration est limitée par le temps
de transition entre les différentes architectures que la norme a défini de la sorte suivante :
entre E-UTRAN (LTE) et UTRAN (3G) le handover doit être réalisé en moins de 300 ms
pour les services temps-réel et 500 ms pour les services non temps-réel.
Couverture de cellule
Comme la LTE pourra opérer sur des bandes de fréquences diverses et notamment basses
comme celle des 700 MHz, il sera possible de considérer des cellules qui pourront couvrir un
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
14 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
large diamètre allant jusqu’à 30km. Cependant pour garantir les performances maximales du
système LTE, la norme définit un rayon de couverture de 5km.
3-1-2 Les entités du réseau d’accès (E-UTRAN) :
Le réseau d’accès est constitué d’une seule entité : E-Node B responsable de la transmission
et de la réception radio avec le terminal.
La notion de concentrateur de trafic disparaît en LTE. Dans la 3G on trouve deux entités dans
l’UTRAN : la node B, et le RNC (Radio Network Controller)note, les fonctions supportées
par ce dernier ont été réparties entre l’E-Node B et les entités du réseau cœur.
L’E-NodeB dispose d’une interface S1 avec le réseau cœur.
L’interface S1 consiste en S1-C (S1-Control) entre l’eNodeB et la MME et S1-U (S1-Usager)
entre l’eNodeB et la SGW. Une nouvelle interface X2 a été définie entre les eNodeBs
adjacents.
Figure 2 : Réseau d’accès E-UTRAN
Quand un terminal passe d’un E-NodeB à un autre de nouvelles ressources lui sont allouées
sur le nouvel eNodeB, or le réseau continue à transmettre ses données vers l’ancien E-NodeB
tant qu’il n’a pas été informé du changement. Afin de minimiser la perte de ses paquets de
données, l’ancien eNodeB relaie les paquets entrants sur l’interface X2 au nouvel eNodeB qui
les remet à l’UE.
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
15 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
3-2 Réseau cœur (Core Network)
3-2-1 Caractéristiques
Architecture tout IP :
Le réseau cœur de la LTE possède un seul domaine de commutation paquet appelé EPC
(Evolved Packet Core): réseau cœur évolué. Par suite tous les services seront offerts sur IP y
compris ceux offerts par le domaine circuit dans les réseaux antérieurs à savoir la voix, la
visiophonie, les SMS…
Différents mode de roaming :
Le roaming a deux mode : le home routed et le local breakout. Quand le trafic d’un abonné est
directement routé au réseau destinataire, c’est le mode « local breakout », ce mode est
intéressant pour des applications à fortes contraintes de délai comme la voix. Alors que
lorsqu’il est d’abord acheminer au réseau nominal puis transférer à la destination, c’est le
mode «home routed ».
Différents types de porteurs de données :
L’EPC offre deux types de porteurs de données : les Default bearers et les Dedicated bearers.
Lorsque un usager se rattache au réseau EPC, ce dernier lui crée un défaut bearer : une
connectivité permanente tant que l’usager est rattaché au réseau mais sans débit garanti.
Quand l’usager souhaitera établir un appel qui requiert une certaine qualité de service telle
que l’appel voix ou visiophonie, le réseau pourra établir pour la durée de l’appel un dedicated
bearer qui supporte la qualité de service exigée par le flux de service et surtout qui dispose
d’un débit garanti afin d’émuler le mode circuit.
Handover et filtrage :
Il est intéressant de noter que l’EPC peut acheminer un trafic vers l’accès LTE, CDMA-2000
(paquet), 2G (paquet) et 3G (paquet) et ainsi garantir le handover entre les technologies
d’accès.
Enfin, l’EPC supporte le filtrage de paquet : par exemple pour la détection de virus et une
taxation évoluée basée sur le service accédé par le client en termes du volume, de la session,
de la durée, de l’événement, du contenu, etc…
3-2-2Les entités du réseau cœur
Le réseau cœur évolué EPS est composé de cinq principales entités:
Mobility Management Entity :
Entité de gestion de mobilité, MME c’est le nœud principal de contrôle du réseau d'accès
LTE/SAE.
Il permet la gestion d’un ensemble de fonctions :
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
16 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
• Signalisation : gestion de la mobilité des terminaux (attachement, détachement, mise à jour
de localisation) ainsi que leur session (établissement/libération de session de données)
• Authentification : Le MME est responsable de l’authentification des UEs à partir des
informations recueillies du HSS.
• Gestion de la liste de Tracking Area : chaque MME est chargé d’un ensemble de zones de
localisation groupées dans une liste nommée : Tracking Area. A chaque fois que l’UE se
trouve dans une zone non prise par son MME, il met à jour sa localisation.
• Joignabilité de l’UE dans l’état ECM-IDLE (incluant paging) : MME est responsable du
paging lorsque l’UE est dans l’état IDLE et que des paquets à destination de l’UE sont reçus
et mis en mémoire par le Serving GW.
• Sélection de MME lors du handover avec changement de MME : Lorsque l’usager est dans
l’état ACTIF et qu’il se déplace d’une zone prise en charge par un MME à une autre zone qui
est sous le contrôle d’un autre MME, alors il est nécessaire que le handover implique l’ancien
et le nouveau MME.
• Sélection du SGSN lors du handover avec les réseaux d’accès 2G et 3G : Si l’usager se
déplace d’une zone LTE à une zone 2G/3G, c’est le MME qui sélectionnera le SGSN qui sera
impliqué dans la mise en place du default bearer.
• Roaming avec interaction avec le HSS nominal : quand l’usager se rattache au réseau, le
MME s’interface au HSS nominal afin de mettre à jour la localisation du mobile et obtenir le
profil de l’usager.
• Fonctions de gestion du bearer incluant l’établissement de dedicated bearer : le MME
établie le default bearer et dedicated bearer nécessaires pour la prise en charge des
communications d’un usager.
• Interception légale du trafic de signalisation: MME reçoit toute la signalisation émise par
l’UE et peut l’archiver à des fins de traçabilité.
Serving Gateway (SGW)
Les SGW transmettent les paquets de données utilisateurs, tout en agissant comme point
d’ancrage pour la mobilité de la couche utilisateur pendant les HandOver et pour la mobilité
entre LTE et les autres technologies de 3GPP.
PDN Gateway (PGW)
La passerelle LTE/SAE PDN fournit la connectivité pour l'UE à des réseaux de paquets de
données externes, remplissant ainsi la fonction d'entrée et de sortie pour les données UE.
L'UE peut avoir une connexion simultanée à plus d’un PGW pour accéder à plusieurs PDNs.
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
17 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Home Subscriber Server (HSS)
C’est un HLR évolué contenant les informations de souscription pour les différents réseaux
GSM, GPRS, 3G et LTE. Il est donc utilisé simultanément par ces réseaux, et supporte donc
sur son interface, le protocole MAP du monde SS7 (2G, 3G), et aussi un autre protocole du
monde IP : DIAMETER (LTE).
Policy and Charging Rules Function (PCRF)
C’est le nom attribué à l’entité responsable de la tarification. Pour les applications qui
nécessitent une politique dynamique de tarification ou de contrôle, un élément du réseau
intitulé Applications Function, AF est utilisée.
Figure 3 : Réseau Cœur EPC
4-Architecture en couches
La LTE fonctionne en couches entre utilisateurs, l’eNodeB et le Mobile Management
Entity(MME), et voici ces couches :
Couche Physique(PHY) : chargée de la transmission effective des signaux, elle est constituée
d’équipements supportant les technologies OFDMA et SC-FDMA.
Couche liaison de données constituée de: MAC (Media Access Control) chargée de
l’interface entre les couches supérieures et la couche physique et RLC (Radio Link Control)
fiabilisant la transmission de données en mode paquet.
Couche PDCP (Packet Data Control Protocol) : côté utilisateur, elle assure la compression et
décompression des données afin de les acheminer dans le réseau.
Chapitre 1 : Etude de la norme LTE ENSA-Marrakech
18 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
RRC (Radion Resource Control) : assure une qualité de service en contrôlant les ressources.
Deux états sont possibles : le RRC_IDLE (pas d’équipement connecté) ou
RRC_CONNECTED qui est un protocole effectué sur 3 étapes :
Une demande faite par l’utilisateur au réseau E-UTRAN (RRC CONNECTION REQUEST),
qui accepte (RRC CONNECTION SETUP) ou refuse la connexion (RRC CONNECTION
REJECT).
En cas d’acceptation, l’utilisateur renvoie un RRC CONNECTION SETUP COMPLETE et
la connexion est établie.
Couche Réseau NAS (Non- Access Stratum) : gérant tout type d’applications non traitées au
niveau de l’eNodeB (exemple Tarification).S
Figure 4 : Pile protocolaire
5- Conclusion
Ce chapitre a introduit de façon générale la norme LTE par 3GPP. La nouvelle évolution de
l’architecture du système, SAE pour la LTE fournit une nouvelle approche pour le réseau
cœur, permettant de transporter des données à hauts débits.
La LTE est déjà sur le marché et les performances de cette technologie sont déjà prouvées.
Elles reviennent en grande partie aux techniques d’accès de sa couche physique.
Use
r
•NAS
•RRC
•PDCP
•RLC
•MAC
•Phy
eNod
eB
•RRC
•PDCP
•RLC
•MAC
•Phy
MM
E
•NAS
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
19 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Chapitre 2: Les techniques d’accès
1-Introduction
Les techniques qu’on appelle multi-porteuses consistent à transmettre des données
numériques en les modulant sur un grand nombre de porteuses en même temps.
Ce sont des techniques de multiplexage en fréquence qui existent depuis longtemps. Le regain
d’intérêt actuel réside dans l’amélioration apportée pour augmenter l’efficacité spectrale en
orthogonalisant les porteuses ce qui permet d’implémenter la modulation et la démodulation à
l’aide des circuits performants de transformée de Fourier rapide.
Le multiplexage en fréquence est bénéfique pour les transmissions dans des canaux sélectifs
en fréquence qui comportent des trajets multiples.
C'est pourquoi, la technique LTE se base sur les systèmes d’accès multiple OFDM qui
transmettent les données par blocs. Dans ce qui suit, on s'intéressera d'abord à la technique
d'accès multiple : l'OFDM en général, et ensuite le Single Carrier FDMA proposée à être
utilisée sur la voie montante, et le OFDMA sur la voie descendante et nous énoncerons les
principales raisons ayant conduit au choix de ces techniques.
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
20 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
2-Les techniques d’accès
2-1 L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Une technique de transmission très performante pour les réseaux sans fil à hauts débits
numériques, qui s’adapte parfaitement aux communications mobiles, et semble
incontournable pour les futurs standards de troisième et quatrième générations.
Figure 5 : Technique OFDM
2-1-1 Principe
La technique de multiplexage OFDM consiste à subdiviser la bande de transmission en
plusieurs sous canaux, conduisant à une augmentation de la durée symbole. Cela revient à
diviser le flux de données à transmettre en plusieurs sous flux de données parallèles, qui
seront modulés et transmis sur des sous bandes orthogonales différentes. Par la suite, la
transformée de Fourier Rapide Inverse (IIFT), véhicule le signal par le biais des différents
sous-canaux et s’occupe de la recomposition du message chez le récepteur. L’augmentation
de la durée symbole accroit la robustesse de l’OFDM face au temps de propagation dû aux
trajets multiples.
Cette modulation apparait alors comme une solution aux problèmes de : Trajet-multiple,
Multi-retard, Effet Doppler.
Pourquoi OFDM ?
Un canal multi-trajet présente une réponse fréquentielle qui n'est pas plate mais comportant
des creux et des bosses (des trajets constructifs et destructifs), dus aux échos et réflexions
entre l'émetteur et le récepteur. Un très grand débit impose une grande bande passante et si
cette bande passante "couvre" une partie du spectre comportant des creux, il y a perte totale de
l'information pour la fréquence correspondante. Le canal est alors dit "sélectif" en fréquence.
Pour remédier à ce désagrément, l'idée est de répartir l'information sur un grand nombre de
porteuses, créant ainsi des sous-canaux très étroits pour lesquels la réponse fréquentielle du
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
21 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
canal peut être considérée comme constante. Ainsi, pour ces sous-canaux, le canal est non-
sélectif en fréquence, et s'il y a un creux, il n'affectera que certaines fréquences, qui pourront
être "récupérées" grâce à un codage astucieux.
Par la suite on va expliciter toutes les étapes de la modulation et démodulation OFDM.
2-1-2 Modulation
Génération conceptuelle d’un signal OFDM :
Le principe est de grouper des données numériques par paquets de N, qu’on appellera
symbole OFDM et de moduler par chaque donnée une porteuse différente en même temps.
Figure 6 : schéma de principe d’un modulateur-
Considérons :
-Une séquence de N données c0, c1,....cN-1
- la durée symbole.
- la fréquence du signal
Le signal individuel est donc sous la forme complexe :
Par suite le signal total émis :
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
22 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Les données numériques sont des nombres complexes définis à partir d’éléments binaires
par une constellation de modulation d’amplitude en quadrature MAQ à plusieurs états (4,
16,64).Ces données sont des symboles q-aires formés par groupement de q bits.
-Figure 7 : Constellations des modulations utilisées par la LTE-
Génération pratique d’un signal OFDM:
Un signal OFDM est généré en utilisant l’IFFT (Transformé de Fourier Inverse) :
Le signal modulé en bande de base s(t) est discrétisé :
-Figure 8 : Schéma de modulation OFDM-
Si l’espace entre les fréquences est 1/ , donc le multiplexage est orthogonal Dans ce cas,
pour :
On a :
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
23 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
2-1-3 La condition d’orthogonalité
1. L’espace inter-porteuse
permet, lorsque le spectre d’une sous-porteuse est
maximal, d’annuler les spectres de toutes les autres. Ainsi, les spectres des sous-
porteuses peuvent se recouvrir sans engendrer d’interférences.
2. Dans la bande occupée par les sous-porteuses, le spectre est presque plat, ce qui
démontre une efficacité spectrale optimale.
Pourquoi l’orthogonalité ?
Le spectre d’une sous-porteuse, modulant une donnée pendant une fenêtre de temps est la
transformée de Fourier de cette fenêtre. Pour plusieurs porteuses, on obtiendra donc les
spectres suivants : (condition 1 d’orthogonalité)
Figure 9 : Spectres des différentes porteuses-
Le spectre du signal OFDM est la somme des spectres de chacune des sous-
porteuses :(condition 2 d’orthogonalité)
-Figure 10 : Spectre du signal OFDM pour 8 porteuses-
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
24 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
2-1-4 Démodulation
Reconstitution d’un signal OFDM :
Au niveau du récepteur:
: Fonction de transfert du canal autour de la fréquence et au temps t
La condition d’orthogonalité nous montre que :
Car
La bande passante du signal étant
, la fréquence d’échantillonnage doit être
supérieure ou égale à
soit
.
L’échantillonnage se fera aux temps:
Le signal reçu en bande de base après le décalage en fréquence de f0+B/2 s’écrit alors :
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
25 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Puis après échantillonnage :
est la Transformée de Fourier discrète inverse de la démodulation
consiste donc à effectuer une Transformée de Fourier directe discrète (FFT).
Figure 11 : Modulation et démodulation OFDM-
2-1-5 Avantages et inconvénients de l’OFDM
Avantages
Multipath
Un Temps Symbole important rend le signal plus résistant au multipath.
Les intervalles de garde limitent les interférences inter-symboles dues au multipath.
Efficacité spectrale
Efficacité spectrale élevée due à l’orthogonalité quasi-totale des sous-porteuses, autorisant
une fine séparation fréquentielle entre-elles.
Réception
Grande simplicité de la réception : simple implémentation de FFT au niveau de l’UE.
Aucun système d’annulation des interférences intracellulaires n’est nécessaire (pas
d’égaliseur).
Codage canal Modulation des
symboles
MODULATION
OFDM (IFFT)
Insertion des
intervalles de
temps
Décodage
canal
Démodulation
des symboles
DEMODULATION
OFDM(FFT)
Retrait des
intervalles de
temps
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
26 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Inconvénients
Peak-to-Average Power Ratio (PAPR)
Le PAPR est élevé, ce qui limite l’efficacité des Power Amplifiers des mobiles.
Effet sur les symboles OFDM transmis : Etalement spectral (interférences entre canaux
adjacents) + BER élevé (intermodulation, changement dans la constellation).
Sensibilité au décalage fréquentiel
Le décalage fréquentiel rompt l’orthogonalité des sous-porteuses et cause des interférences
inter-porteuses (Inter Carrier Interférences ICI), ce qui dégrade fortement les performances du
réseau.
3- OFDMA
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) est une technique qui dérive de
l'OFDM en utilisant le même principe de division de la bande passante en plusieurs sous-
porteuses.
Figure 12 : différence entre OFDM et OFDMA
La différence entre l’OFDM et l’OFDMA c’est que la première servira un usager dans un
intervalle de temps, par contre OFDMA elle peut servir plusieurs usagers dans un même
intervalle de temps, comme montrer dans la figure ci-dessus.
La norme LTE a choisi comme écart entre les sous-porteuses 15KHz ce qui donne une vitesse
de modulation pour chacune des porteuses 15Kbauds.
Comme précisé dans le paragraphe précédent l’écart entre les sous-porteuses est égal à
.
Alors la durée du symbole transporté: =
= 66.66 µs.
Sachant que la norme LTE donne une flexibilité pour le choix de la bande alors on aura
différentes configurations pour chacune, ce qui est résumé dans le tableau ci-dessous.
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
27 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Transmission BW 1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
Durée sous-trame (Ts) 0.5ms
Espacement sous-porteuses 15KHz
Fréquence
d’échantillonnage
1.4 MHz 3.84
MHz
7.68
MHz
15 .36MHz 23.04
MHz
30.72
MHz
Taille FFT 128 256 512 1024 1536 2048
Nombre de sous-porteuses
occupées
73 181 301 601 901 1201
Tableau 3 : paramètres de l’OFDM pour chaque bande passante.
3-1 Débit théorique maximal
En LTE on a la liberté de choisir entre les trois types de modulation QPSK (2 bits/symbole),
QAM-16 (4 bits/symbole) ou QAM-64 (6 bits/symbole) aussi bien en DL qu’en UL.
Pour notre cas on va essayer de calculer le débit descendant maximal, alors les paramètres à
choisir sont :
Modulation QAM-64 => 6 bits/symbole;
Bande passante 20MHz => 1200 sous-porteuses.
Dmax=15000*1200*6=108,09 Mbits/s. (15000 est la bande passante de chaque sous-
porteuse.)
3-2 Les PRB :
Les utilisateurs se voient attribuer un nombre précis de sous-porteuses pour un time slot
prédéterminé, appelées dans les spécifications LTE les blocs de ressources physiques PRBs
(Physical Resource Blocks).
Les PRBs ont chacun une dimension temps et fréquence, et leur répartition est gérée par une
fonction de planification à la station de base 3GPP (eNodeB).
Chaque PRB est composé de 12 sous-porteuses avec 6 ou 7 symboles OFDM selon le préfixe
cyclique utilisé.
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
28 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 13 : PRB
Le nombre total des PRBs dépend de la bande passante utilisée ce qui est explicité dans le
tableau ci-dessous :
Transmission BW 1.4MHz 2.5MHz 5MHZ 10MHz 15MHz 20MHz
Nombre de PRBs 6 15 25 50 75 100
Tableau 4 : Nombre des PRBs pour chaque bande passante.
3-3 Structure de la Trame LTE :
Pour éviter ces interférences et absorber ce retard, le symbole OFDM est allongé avec un
préfixe cyclique plus grand que le plus grand des retards apparaissant dans le canal.
L’introduction d’un préfixe cyclique permet de lutter contre les Interférences Inter Symboles
(ISI).
Figure 14 : Ajout du préfix cyclique.
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
29 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Deux tailles de CP sont permises:
un court ou normal (5,21µs/4,69µs)
un long (16,67µs)
Le choix dépend du type de cellule et du temps de propagation à combattre : pour les macros
cellules on utilise le CP long, tandis que pour les microcellules, le court.
Remarque : Le Choix du CP influence le débit global.
Figure 15 : les types du préfixe cyclique
Un Time Slot dans la release 8 de la 3GPP a une durée de 0.5ms alors selon le choix du CP
on peut avoir soit :
7 symboles OFDM pour un CP court,
6 symboles OFDM pour un CP long.
Rappelant qu’un symbole OFDM a une durée de 66.66 µs.
Format de la Trame en mode FDD
La durée de la trame LTE est de 10ms composée de 10 sous-trames de 1ms et chacune de ses
dernières contient 2 times slots de 0.5ms.
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
30 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 16: Format de la trame FDD pour la LTE
Format de la trame en mode TDD
Elle a la même durée de la trame LTE en mode FDD, c'est-à-dire 10ms avec 10 sous-trames
de 1ms, la différence réside dans les sous-trames (1) et sous-trame(2) qui contiennent des
données de signalisation et qui sont :
Figure 17 : Format de la trame TDD
DwPTS- Downlink Pilot Time Slot;
GP-Guard Période ;
UpPTS- Uplink Pilot Time Slot.
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
31 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
En TDD on définit 6 configurations UL/DL différentes:
Tableau 5 : les d’différentes configuration pour la trame TDD
4- SC-FDMA
L’un des grand inconvénients de l’OFDMA est le PAPR qui est trop élevé, pour la LTE il est
très critique car il ne faut pas oublier que le but de cette technologie et de permettre aux
usagers d’utiliser des applications de plus en plus développées.
Alors en utilisant l’OFDMA en uplink, on va perdre dans l’autonomie du mobile. Pour cela
LTE a opté pour un autre type de multiplexage en Uplink qui est le SC-FDMA.
SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division multiple Access) a le même principe que
l’OFDMA, la différence existe sur un seul point:
Au lieu de mapper les symboles sur les sous-porteuses, on mappe leur DFT.
Figure 18 : Modulation SC-FDMA
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
32 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
A la sortie du DFT on peut mapper selon deux manières soit :
Localisée;
distribuée.
Figure 19 : mode localisé et mode distribué
Ainsi deux types de spectres peuvent exister dans le sens UL suivant le choix effectués:
Figure 20: Spectre du mode localisé (choix retenu par le LTE).
Figure 21 : Spectre du mode distribué.
5- Conclusion
L’usage de la technique OFDM n’est pas une exclusivité pour la norme LTE, Wimax, WiFi et
DVB étaient les premiers.
Localized
mapping
Distributed
mapping
Chapitre 2 : Les techniques d’accès ENSA-Marrakech
33 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Pour la LTE on ne peut pas rêver à un débit descendant plus que 100Mbits/s et un autre
montant de 50Mbits/s, le débit asymétrique est du à l’utilisation de deux techniques
différentes en quelque sorte mais se basant toujours sur le principe de l’OFDM, pour le lien
descendant l’OFDMA et SC-FDMA pour le montant sachant que les deux utilisent les
mêmes types de modulation possible.
La raison la plus critique pour ce changement de technique est d’augmenter l’autonomie des
équipements des usagers.
Dans ce chapitre notre concentration s’est focalisée sur la technique OFDM en parcourant
toutes les étapes nécessaires soit pour la génération du signal OFDM soit pour l’extraction à la
réception du signal utile.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
34 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Chapitre 3 : Simulation
Mise en œuvre d’une chaine de
transmission OFDM
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
35 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
1-Introduction:
Sachant que l’implémentation d’une chaine de transmission OFDM repose sur un calcul de
l’IFFT et de FFT, notre projet consiste à mettre en œuvre cette chaine à l’aide de l’outil
Simulink disponible dans le logiciel Matlab.
2- Modulation :
Création d’une chaine de transmission OFDM :
Random Integer Generator :
Génère un nombre aléatoire d’entiers avec les paramètres suivant:
4 états d’entiers
3MHz la bande passante
192 entiers par trame.
Figure 22 : Paramètres du bloc Random Integer Generator
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
36 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Integer to bit converter :
Pour la conversion des entiers en des bits avec un seul paramètre à modifier
qui est le nombre de bits pour chaque entier, dans notre cas on va choisir 2 bits car l’entrée est
composée de 4 états possibles.
Bit to integer Converter
Pour la conversion des bits en entiers, avec le même paramètre à modifier qui
est le nombre de bits pour chaque entier et qui vaut 2 bits.
Remarque :
On constate que l’entrée du premier bloc est égale à la sortie du deuxième alors à quoi bon ces
deux blocs ?
L’intérêt est d’extraire les bits de la source pour les comparer avec ceux du récepteur
comme ça on peut calculer le taux d’erreur binaire.
Modulation QPSK
La source qu’on a utilisé est composée de 4 états possibles donc la modulation
qu’on doit utiliser doit être elle aussi à 4 états.
La norme LTE offre la possibilité d’utiliser la modulation QPSK (4-QAM) et
ça sera notre choix pour cette simulation : pour cela on a utilisé le bloc QPSK Modulator, en
modifiant l’ordre de la constellation : GRAY au lieu de BINARY.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
37 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 23 : Paramètres du bloc QPSK Modulator
Insertion des sous-porteuses pilotes et DC :
Les sous-porteuses disponibles dans une bande ne sont pas toutes attribuer aux datas des
utilisateurs, il existe quelques-unes utilisées pour d’autres raisons telles que :
DC Sub-carrier : La porteuse centrale, pour marquer le centre de la bande OFDM ;
Pilot Sub-Carriers : utilisées pour transporter des séquences PILOTE bien utiles pour
connaitre le canal de propagation.
Le rôle du bloc suivant est d’intégrer ces différentes sous-porteuses :
On va intégrer une DC Sub-Carrier au milieu de la trame et 3 Pilot Sub-Carriers.
Select Rows : Pour découper les 192 symboles reçus à son entrée par 4, en rangeant
chaque ensemble dans une sortie.
Entre les 4 ensembles on va intégrer nos Pilot Sub-Carriers et au milieu La porteuse
centrale.
Et pour rassembler le tout on va utiliser le bloc Matrix Concaténation en changeant le nombre
des inputs par 8.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
38 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 24 : Paramètres du bloc Multiport Selector
IFFT :
IFFT est le bloc le
plus important dans la
chaine de modulation
OFDM, la taille de l’IFFT choisi
est 256.
Figure 25 : Paramètres du bloc IFFT.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
39 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Préfixe cyclique
Pour chaque symbole on doit ajouter un préfix cyclique, pour cela juste après le
bloc d’IFFT on ajoute le bloc selector.
Sachant qu’à l’entrée de l’IFFT la taille de la matrice est (196,1) alors à l’aide le
préfix cyclique on va essayer d’étendre cette matrice jusqu’à atteindre 256.
Pour cela les paramètres du préfix cyclique seront comme suit :
Figure 26 : Paramètres du bloc Add Cyclic Prefix
3-Canal Gaussien
La valeur du SNR peut être modifiée pour déterminer la limite pour laquelle
on commence à avoir un taux d’erreur élevé.
A ce niveau, on a généré
un signal OFDM, l’étape
suivante est l’envoi d’un
signal dans un canal.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
40 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 27 : Paramètres du bloc AWGN
4-Démodulation Création d’une chaine de transmission OFDM :
Remove Cyclic Prefix :
Pour enlever le préfix cyclique:
Lors de la modulation la sortie finale est un vecteur de 317 éléments, comme nous avons
ajouté un préfixe cyclique de 61 éléments (256-195) alors à la réception on doit extraire les
premiers 61 et cela se
fera en utilisant les
paramètres suivant :
Figure 28 : Paramètres du bloc Remove Cyclic Prefix
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
41 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
FFT :
A la sortie du préfixe cyclique la taille du vecteur est 256, qui sera directement
traiter par le bloc FFT.
Pour la taille de la FFT on a le choix entre 256 ou « Inherit FFT length from
input dimensions ».
Frame Conversion :
Pour regrouper les données en trame de 256 éléments.
Figure 29 : Paramètres du bloc Frame conversion
Remove zero-padding :
Pour éliminer les
zéros de bourrage
on a utilisé les
paramètres suivant :
Figure 30 : Paramètres
du bloc zero-padding
A cette étape nous avons
reconstitué 256 éléments ,196
éléments de données utiles
plus 60 zéros de bourrage
ajoutées par l’IFFT lors de la
modulation.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
42 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Select Rows
Sans les zéros de bourrage nous avons 196 éléments, alors pour avoir la même
trame de la source on doit enlever les symboles provenant des sous-porteuses
pilotes et la sous porteuse centrale.
Pour cela, il faut tout d’abord détecter l’emplacement exact de chaque sous-porteuse à
enlever et cela en raisonnant sur le découpage qu’on a fait au niveau de la modulation.
Donc les paramètres choisis :
Figure 31 : Paramètres du bloc Remove Pilots
Démodulation QPSK :
Même paramètres que le bloc de modulation QPSK.
Pour les blocs restants, ils ont le même rôle et paramètres que ceux utilisés au
niveau de la modulation.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
43 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
5-Résultat de la simulation
Figure 32 : Constellation de
l’entrée
Figure 33 : Constellation de la sortie
La figure représente la
constellation du signal
d’entrée, générée par le
modulateur QPSK.
Avec un SNR=30db on observe
que les points de constellation
varie mais pas autant pour être
considérer erronés.
Ils appartiennent aux régions de
décision convenables.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
44 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 34 : Représentation spectrale du signal OFDM à l’entrée
du canal
A ce niveau on peut visualiser les sous-porteuses à l’entrée du canal :
Chaque pic représente une sous-porteuse
Les 3 pics (en bleu) à grande amplitude représentent les sous-porteuses pilotes
Le pic (en rouge) à faible amplitude représente la sous-porteuse centrale.
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
45 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Figure 35 : Représentation spectrale du signal OFDM à la sortie
du canal
A la sortie du canal, on remarque que le signal n’est pas dégradé par le bruit introduit
au niveau du canal.
Figure 36 : le taux d’erreur binaire
Le nombre des bits erronés est égale à 0 cela à la valeur de SNR choisi.
6-Conclusion
La simulation Simulink que nous avons réalisée a permis de mettre en relief les intérêts d’une
modulation et démodulation OFDM d’un point de vue taux d’erreur binaire, ainsi que les
Chapitre 3 : Simulation sur Matlab ENSA-Marrakech
46 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
paramètres de la chaine de transmission primordiaux (nombre de porteuses,, choix de
constellation) à ajuster en fonction du canal et des données à transmettre.
Dans cette partie de la simulation, nous avons réalisé une chaîne basic de la technique OFDM,
en guise de perspectives nous contons y introduire d’autres types de bruits, ainsi que l’adapter
à la technique OFDMA.
Conclusion générale ENSA-Marrakech
47 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Conclusion générale
Pour les opérateurs, la technologie LTE améliore considérablement les offres
commerciales grâce à une flexibilité spectrale exceptionnelle, à une capacité largement
supérieure et à une plateforme permettant de fournir des applications hautes gamme de
façon économique.
Ce projet était l’occasion pour nous, pour découvrir un nouveau monde de recherche et
développement qui se base sur des nouvelles technologies de communication et qui est
applicable dans divers secteurs.
D’autre part, ce projet nous a permis d’améliorer nos connaissances des réseaux sans fil,
et aussi de voir de prés l’utilité des concepts de traitement de signal, communication
numérique et ainsi les différents phénomènes affectant les liaisons radios et influençant
la communication.
Conclusion générale ENSA-Marrakech
48 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Référence :
[1] Geneviéve BAUDOIN, Radiocommunications numériques, Tome 1 : Principes,
modélisation et simulation ,2002
[2]Fabien MULOT, Etude et modélisation d’une liaison de données pour micro drone en
environnement à trajets multiples, 2004
[3] LTE + SAE = EPS, Principes et Architecture, Efort 2008
[4] Modulations Multi porteuses : Annick le Glaunec
[5] LTE : Rapport Nokia Siemens/ INPT
[6] 3GPP long Term Evolution « Etude de la couche physique et des performances »
Bouygues Télécoms
Perspectives ENSA-Marrakech
49 Etude et simulation de la norme LTE par 3GPP : Juin 2012
Perspectives
Multiple Input Multiple Output (MIMO)
Les systèmes d'antennes MIMO jouent un rôle important pour le LTE. Seule l'utilisation
d'antennes intelligentes permet d'obtenir une efficacité du spectre élevée. Contrairement à
l'UMTS, avec le LTE, les systèmes d'antennes MIMO font partie intégrante du système, aussi
bien au niveau de la station de base qu'au niveau du téléphone mobile.
La technologie MIMO permet la transmission parallèle et simultanée de données sur la même
fréquence avec plusieurs antennes au niveau de l'émetteur et du récepteur, ceci peut être
utilisé pour augmenter le gain de diversité et ainsi le rapport porteuse/interférence au niveau
du récepteur.
Plusieurs formes d’applications de MIMO sont prévues pour le LTE: elles peuvent être
cataloguées comme multiplexage spatial, diversité spatiale, formation de faisceaux, ou dans
un mélange adéquat de ces dernières.
Le service utilisé, le débit de données, l'état du canal de télécommunication mobile et les
propriétés du téléphone portable déterminent où et quand une forme de MIMO est utilisé. Le
principe est représenté schématiquement :
- Figure 21 : Principe de la transmission multi-antennes.